關于集裝箱碼頭裝卸工藝改造的供電方案可行性研究

文│中交第四航務勘察設計院有限公司 熊 亮

中交四航局港灣工程設計院有限公司 劉慶中

1 引言

輪胎式集裝箱門式起重機（RTG）是世界各大集裝箱專業化碼頭堆場的主力設備，它具有投資成本低、機動靈活可轉場作業、便于分期分批購置等優點，一直受到廣大集裝箱作業碼頭的歡迎。近幾年“油改電”技改措施的大力推進，使得過去能耗大、成本高的柴油式RTG已經普遍改為交流電驅動的ERTG。

以我院為廣州集裝箱碼頭有限公司（簡稱GCT）的集裝箱碼頭裝卸工藝系統做改造的可行性報告為例。限于當時的論證周期、業主指導思想等制約，我院為其做的“油改電”技改方案，主要從可靠性、維護保養的便捷性等傳統的角度去考慮設計的，但是隨著近幾年的技術進步，許多當時看來不可靠、不經濟的設備、方案，也逐步得到用戶的認可。因此，有必要結合當下新技術條件重新思考，為今后的工作提供一個與時俱進的新思路。

2 直流滑觸線供電分析

起初我院按照傳統可靠的方式為GCT“油改電”方案設計構思了一個傳統供電的方案，簡略構思如下：采用460V交流電源；采用3.5m高安全式交流滑觸線為ERTG供電；在變電所內集中設置無功功率補償柜。

整個方案中規中矩。但是，我們注意到，由于采用交流供電，在供電線路阻抗的影響下，變電所的供電半徑有限。也就是說，總供電功率在一定的條件下，為了滿足整個堆場的需要，我們不得不多設置幾處變電所。這樣一來勢必會增加高壓配電柜、高壓電纜、變壓器方面的投資，同時也占用了過多的堆場空間。

近幾年，采用直流滑觸線的形式供電，供電半徑將擴大不少。但當時在做GTC“油改電”技改時，直流滑觸線的安全性還達不到要求，只能做到6m高的高空滑觸線。隨著近年科學的發展，直流滑觸線供電技術日趨成熟，以現今的技術已經可以做到3.5m高的安全型低空滑觸線，安全性不再成為制約條件。

如果采用直流供電，那么將具備以下幾點優勢：

（1）由于直流供電只需要考慮純電阻性阻抗，供電半徑將顯著增大。

（2）供電半徑增大后，可以通過增大箱變容量的方式，減少箱變個數。降低整個高壓供、配電環節的一次投資。

（3）僅需要2條直流滑觸線，與過去5條交流滑觸線相比，明顯節省投資成本。

（4）用于直流供電，計入電網的功率因數相當高，實踐中甚至達到95%以上，省去了低壓集中電容補償柜的投資。

但必須注意的是，直流供電也需要在箱式變電站內增設1臺整流柜，以便將交流電變成直流電，同時在ERTG上也需增加相應逆變裝置。不過根據上海振華港機提供的數據顯示，采用直流滑觸線供電后的ERTG和滑觸線的總投資額不會比傳統交流ERTG大。

3 饋電式節能技術分析

油改電以后，設備對油的依賴減小，但另一方面對電的需求卻增大。近年來，中國社會高速發展，高峰期用電缺口越來越大，電費也呈現逐年上漲的趨勢。在這個前提下，怎樣節約用電，如何節省一次投資成本以及運營成本，針對這些問題，我院近期研發出了一種新的節電技術。

我們知道，當集裝箱上升時，ERTG電機處于電動狀態，電能轉化為集裝箱的勢能；當集裝箱下降時，ERTG電機處于制動狀態，集裝箱的勢能轉化為電能。過去這部分再生能量無法回饋，只能直接通過能耗電阻以發熱的形式白白消耗掉。

若我們能夠將這部分能量進行再利用，不僅可以實現節能，同時還可以彌補起升機構吊重載上升過程及各機構突然加速時的突加功率需求，從而使發動機可以在非過載狀態下工作，容易熄火的現象也將不復存在，有效地提高了發動機的使用壽命，并達到良好的環保效果。解決這個問題的關鍵是要有一套儲能和回饋裝置，能夠快速吸收再生能量，并在系統需要時立即投入使用。

近年來發展出了幾種方式可利用電機制動而回饋的電能，如下：

（1）采用超級電容的形式

將電機制動過程中發出的電能儲存在超級電容里，需要時再拿出來使用。超級電容具備能量密度和功率密度非常高、充放電速度快、效率高、對環境無污染、循環壽命長、使用溫度范圍寬、安全性高等特點，在實踐中已被大量運用。

（2）飛輪儲能系統

飛輪儲能是一種機械能存儲方式，是指利用電動機帶動飛輪高速旋轉，從而將電能轉化成動能儲存起來，在需要時再用飛輪帶動發電機發電的儲能方式。

圖1 直流母線饋電節能技術工程圖

（3）直流母線饋電節能技術

為了直觀表述，該技術工程如圖1所示。

既然我們前面考慮了直流滑觸線供電，那么很顯然我們的低壓母線已經具備直流母線的條件。當有ERTG下降重物狀態時，產生的電能就變為直流電，通過直流滑觸線、直流母線進入處于提升重物狀態的ERTG中，以達到節能的效果。當堆場中起、降越頻繁時，饋電的作用發揮得越好，越能達到更高的節能效果。至于超級電容和制動電阻，均是為了儲存和消耗多數ERTG 在下降時生產的電能。

4 結束語

本文實際是對“油改電”技改的一個升級。通過分析ERTG的直流滑觸線供電技術，結合節能饋電的理念，將直流滑觸線供電與節能饋電綜合起來從而達到降低供電系統建設一次投資、并利用再生能源降低運營成本的效果。但由于目前國內實際運用此方案的堆場還較少，仍存在大量的實際問題和數據需要在實踐中去不斷摸索、積累。

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